JP2015218682A - 風車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膜材からなる翼で風を受けた際に回転力を効率よく得ることが可能な風車装置を提供する。【解決手段】翼であるブレード２０は、可撓性のある膜材２９からなる中空体２１と、中空体２１の内部の中空空間２１１へ加圧用流体を供給するための給気口とを有している。そして、給気口から供給された加圧用流体によって中空空間２１１の圧力が中空体２１の外部の圧力よりも高くなったときに、中空体２１が翼形状を発現し、膜材２９がブレード２０の外表面を提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、風を受けて周回移動する翼を備える風車装置に関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示された装置がある。この装置では、流体の流れを受けて回転力を発生する翼機能部を膜により構成している。

特開２００２−３３２９５３号公報

しかしながら、上記従来技術の装置では、翼により回転力を得る効率が比較的低いという問題がある。これは、上記従来技術の装置では、翼機能部を単純な膜により構成しているため、翼後縁部で発生する流体の渦により膜にフラッター現象が発生し易く、翼形状を安定して維持することが難しいためである。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、膜材からなる翼で風を受けた際に回転力を効率よく得ることが可能な風車装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、
風車装置の翼（２０、３２０、４２０）は、
可撓性のある膜材（２９、２２９）からなる中空体（２１）と、
中空体の内部の中空空間（２１１）へ加圧用流体を供給するための供給口（７４）と、を有しており、
供給口から供給された加圧用流体によって中空空間の圧力が中空体の外部の圧力よりも高くなったときに、中空体が翼の形状となって、膜材が翼の外表面を提供することを特徴としている。

これによると、翼の外形を、単純な一枚の膜ではなく、膜材からなり内部を加圧用流体で加圧した中空体で構成することができる。したがって、内部を加圧された中空体により翼形状を安定して維持することが可能である。このようにして、膜材からなる翼で風を受けた際に、回転力を効率よく得ることができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明を適用した第１の実施形態における風車装置である風力発電装置１の正面図である。 第１の実施形態の風力発電装置１の上面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 第１の実施形態の風力発電装置１のブレード２０の断面図である。 ブレード２０の一部を示す斜視図である。 ブレード２０の一部を拡大図示した拡大断面図である。 弁装置７０が設けられたブレード２０の端部を示す図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 弁装置７０の機能を説明するための一部を示す断面図である。 弁装置７０の機能を説明するための一部を示す断面図である。 弁装置７０の機能を説明するための一部を示す断面図である。 第２の実施形態のブレード２０の一部を拡大図示した拡大断面図である。 第３の実施形態のブレード３２０の断面図である。 ブレード３２０の一部を示す斜視図である。 他の実施形態における風車装置の一例であるプロペラ型の風力発電装置の外観図である。 比較例の翼膜のフラッター現象を説明するための図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１の実施形態）
本発明を適用した第１の実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の風車装置である風力発電装置１は、回転軸が鉛直方向に沿って延びている。風力発電装置１は、回転軸が垂直方向に沿って延びる、所謂垂直型の風力発電装置である。風力発電装置１は、垂直型の風車の一例であるジャイロミル型と呼ばれる風車を備えている。

風力発電装置１は、風車部２、発電装置である発電機５、および、支柱９等を備えている。支柱９は、例えば金属製もしくは樹脂製であり、図示を省略したベース上に立設される。支柱９は、ベース上に立設されるものに限定されず、例えば、下方部である基端部を地中に埋設したり、地面や建物の屋上部に設けられた柱状部材に係止したりするものであってもよい。

発電機５は、支柱９の上方部である先端部に配置されている。図３に示すように、発電機５は、ロータ５０とステータ６０とを備えている。ロータ５０は、天井部が閉塞された円筒体からなるケーシング５１と、ケーシング５１の下方開口を塞ぐ蓋５２とを有している。ケーシング５１の円筒部内周面には、磁石５３が固着されている。磁石５３は、周方向に複数配設するものであってもよいし、円筒状の磁石５３に対し周方向に交互に異なる磁極を形成するように着磁したものであってもよい。

ケーシング５１は、例えば金属製もしくは樹脂製とすることができる。ケーシング５１は、磁石５３が発生する磁束を通過させる磁気回路の一部をなすため、磁性材であることが好ましい。ケーシング５１の天井部には、下方に向かって突出する円柱形状の軸部５４が設けられている。軸部５４は、ロータ５０の回転中心となる位置に設けられている。

蓋５２は、例えば金属製もしくは樹脂製とすることができる。蓋５２は、軽量化等のために樹脂製であることが好ましい。ケーシング５１と蓋５２との間には、例えばＯリング等のシール部材を介設することができる。ケーシング５１の円筒部の外周面に、ロータ５０とブレード２０とを繋ぐワイヤ４０の留ジグ５５が配置されている。留ジグ５５は、例えば金属材により形成される。

ステータ６０は、ロータ５０の内方に配置されている。ロータ５０の蓋５２の中央部には貫通孔が形成されており、支柱９の上部が蓋５２の貫通孔内に挿設されている。ステータ６０は、蓋５２よりも上方において支柱９の上端部に固定されている。

ステータ６０は、固定軸６１、ステータコア６２、ステータコイル６３、および、軸受６４等を備えている。固定軸６１は、上下方向に延びる円柱形状をなしており、支柱９の上端に取り付けられている。固定軸６１には、上面から下方に向かって凹んだ凹部６１ａが形成されている。凹部６１ａは、円柱形状の空間を形成しており、ロータ５０の軸部５４が凹部６１ａ内に配置されている。

軸部５４の外周面と固定軸６１の凹部６１ａ内周面との間には、例えばベアリングからなる軸受６４が介設されている。軸受６４は、例えば止め輪により、軸部５４および固定軸６１に係止している。

固定軸６１の周囲にはステータコア６２が配設されている。ステータコア６２にはステータコイル６３が巻回されている。ステータコイル６３が巻かれたステータコア６２は、ロータ５０の内方において、磁石５３に対向する位置に配置されている。

図１および図２に示すように、発電機５の外周側に風車部２が配設されている。風車部２は、翼であるブレード２０、固定梁３０、および、ワイヤ４０を備えている。風車部２は、風を受けて回転軸の周囲を周回移動するブレード２０を複数備えている。本例では、回転軸を中心とする周方向において等間隔に３つのブレード２０を備えている。

各ブレード２０は、それぞれ回転軸線から所定距離離れた位置に配置されて上下方向に延びている。固定梁３０は、ブレード２０と同数設けられている。固定梁３０は、それぞれが、例えば水平方向に延びて、各ブレード２０の上下方向の中央部と発電機５のケーシング５１とを繋いでいる。固定梁３０は、例えば繊維強化プラスチック等の樹脂製とすることができる。

ワイヤ４０は、各ブレード２０に対して例えば２本設けられている。２本のワイヤ４０のうち一方のワイヤ４０は、ブレード２０の上部とケーシング５１の上部とを繋いでいる。また、他方のワイヤ４０は、ブレード２０の下部とケーシング５１の下部とを繋いでいる。ワイヤ４０には、例えば金属製もしくは伸張性が比較的低い樹脂製の繊維部材を用いることができる。

図２および図４に示すように、ブレード２０は、水平方向の断面が航空機の翼のような形状をなしている。これにより、ブレード２０が風を受けた際には揚力が発生し、ブレード２０に働く揚力の回転方向成分により風車部２が回転する。

図４に示すように、ブレード２０は中空体２１を備えている。中空体２１は、可撓性を有する膜材２９により形成されている。中空体２１は、ブレード２０の腹側に位置する腹側膜材２２、ブレード２０の背側に位置する背側膜材２３、ブレード２０の上端に位置する上端膜材２４、および、ブレード２０の下端に位置する下端膜材２５を有している。腹側膜材２２、背側膜材２３、上端膜材２４および下端膜材２５は、いずれも膜材２９からなる。中空体２１は、一枚もしくは複数枚の膜材２９に対し縫製、接着、溶着等の加工を施して形成することができる。

ブレード２０は、中空体２１の内部に連結部材である連結糸２６を有している。連結糸２６は、中空体２１の中空空間２１１を挟んで対向する腹側膜材２２と背側膜材２３とを連結するように設けられている。連結糸２６は、本例では複数設けられており、例えば２ｍｍ〜１０ｍｍの間隔を空けて並設されている。図４および図５から明らかなように、複数の連結糸２６は、図４図示左右方向であるブレード２０の翼先後端方向ばかりでなく、図４図示紙面表裏方向である翼長方向にも所定ピッチで並設されている。

連結糸２６には、伸張性が比較的低い非伸張性の線状部材を用いることが好ましい。ここで言う非伸張性の線状部材とは、例えば、ヤング率が１ＧＰａ〜１００ＧＰａである線状部材である。

図６に示すように、膜材２９は、例えば基布材２０１と樹脂層２０２とにより構成されている。基布材２０１は、例えば緯糸２０１ａと経糸２０１ｂとを平織りした織布を用いることができる。基布材２０１は平織りした織布に限定されず、例えば綾織りされた織布であってもよい。また、基布材２０１は、直交する２方向に延びる緯糸２０１ａと経糸２０１ｂとの織布に限定されず、３方向に延びる糸からなる三軸織りの織布であってもよい。また、基布材２０１は、織布に限定されず、編み物や不織布であってもかまわない。基布材２０１を形成する繊維には、有機繊維や無機繊維を用いることができる。

樹脂層２０２は、基布材２０１の両面を覆うように形成されている。樹脂層２０２は、例えば基布材２０１の空隙を埋めて、基布材２０１の目を介して加圧用流体が通過することを抑止する通過抑止部材である。本例の樹脂層２０２は、基布材２０１の目に入り込んでいるが、これに限定されるものではない。樹脂層２０２は、基布材２０１の目を介して加圧用流体が通過することを抑止するものであれば、基布材２０１の表面に付着しているものであってもよい。基布材２０１および樹脂層２０２からなる膜材２９は、気密シート部材である。

連結糸２６は、図６に示すように、一部が基布材２０１に織り込まれて、中空空間２１１を挟んで対向する腹側膜材２２と背側膜材２３とを連結している。連結糸２６は、膜材２９内において、基布材２０１の目を通るように基布材２０１に織り込まれている。連結糸２６と膜材２９との結合は、連結糸２６を基布材２０１に織り込むものに限定されるものではない。例えば、連結糸２６が基布材２０１を構成する繊維に刺し縫いされて連結糸２６と膜材２９とが結合していてもよい。

基布材２０１と連結糸２６とは、異なる材質の繊維で構成してもよいが、同一材質の繊維により構成することができる。基布材２０１および連結糸２６は、例えば、レーヨン、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン等の合成繊維や、綿や麻等の天然繊維により構成することができる。また、樹脂層２０２は、例えば、塩化ビニル樹脂、オレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂等により形成することができる。樹脂層２０２に替えゴム材層を設けてもかまわない。

膜材２９は、比較的薄く形成されている。本例では、膜材２９の厚さを０．２ｍｍ〜０．５ｍｍとしている。これにより、膜材２９は可撓性を有している。膜材２９は、伸張性が比較的低い非伸張性の膜部材であることが好ましい。ここで言う非伸張性の膜部材とは、例えば、平織りの基布材２０１を有し、基布材２０１を構成する緯糸２０１ａおよび経糸２０１ｂをなす線状部材のヤング率が１ＧＰａ〜１００ＧＰａである膜部材である。

ブレード２０は、中空空間２１１に加圧用の流体が充填されて内圧が外圧よりも高くなると、中空体２１を形成する膜材２９に引張り応力が作用する。すなわち、中空体２１への内圧印加により膜材２９が突っ張り状態となる。このとき、比較的内圧が高いと、ブレード２０は、断面形状が円形に近づく方向に変形しようとするが、連結糸２６が緊張状態となって、当該変形が抑止される。複数の連結糸２６のそれぞれは、連結部位における腹側膜材２２と背側膜材２３との間隔が所定の間隔となる長さに設定されている。これにより、中空体２１への内圧印加により膜材２９が緊張状態となり、かつ、連結糸２６が緊張状態となったときに、ブレード２０に図４に示すような翼形状が提供される。

図４に示すように、ブレード２０の断面形状は、先端部２０ａが後端部２０ｂよりも曲率半径が大きくなっている。断面形状において、湾曲した先端部２０ａの一端と湾曲した後端部２０ｂの一端とは、ほぼ直線状に形成された腹側の部材で連結されている。一方、先端部２０ａの他端と後端部２０ｂの他端とは、若干外方に湾出した背側の部材で連結されている。図４に示すブレード２０の形状における翼の最大厚さ、すなわち、腹側膜材２２と背側膜材２３との最大離間距離は、例えば４０〜８０ｍｍである。

図４および図５に示した例では、複数の連結糸２６は相互に平行に配置されていた。これにより、図６に示す断面図では、基布材２０１と連結糸２６とで矩形を形成していた。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、複数の連結糸２６は相互に平行でなくてもかまわない。例えば、図６に相当する断面部位で、基布材２０１と連結糸２６とが台形や三角形を形成するものであってもよい。

図７に示すように、ブレード２０の端面には、弁装置７０が配設されている。本例では、ブレード２０の下端に位置する下端膜材２５に弁装置７０が設けられている。弁装置７０は、弁ハウジング７１、弁体７２、および、スプリング７３を有している。弁ハウジング７１は、例えば樹脂製であり、円筒部７１１、フランジ部７１２、底部７１３および螺合円筒部７１５が一体的に成形されている。

弁装置７０は、全体が中空体２１の外表面よりも内方に位置している。すなわち、弁装置７０は、中空体２１の外表面よりも外方に突出していない。これにより、ブレード２０が周回運動する際に弁装置７０が抵抗となり難い。

フランジ部７１２は、円筒部７１１の一端部である外方端部から径外方向に拡がっている。フランジ部７１２は、例えば外周面が下端膜材２５に接着剤で接着されている。円筒部７１１の他端部である内方端部は底部７１３で閉塞されている。底部７１３の中央には、給排気口７４が開口している。給排気口７４は、中空体２１の内部へ加圧用流体を供給する際には供給口として機能し、中空体２１の内部から加圧用流体を排出する際には排気口として機能する。底部７１３の外方面には、給排気口７４と同軸上に螺合円筒部７１５が立設している。螺合円筒部７１５の外周面には、雄ねじ部が形成されている。

給排気口７４および螺合円筒部７１５の内方には、弁体７２が配置されている。弁体７２は、例えば樹脂製であり、弁部７２１、軸部７２２およびフランジ部７２３が一体的に成形されている。円柱形状の軸部７２２の内方端部には弁部７２１が設けられている。弁部７２１は、円錐台形状をなしており、図示上方である外方へ向かうほど縮径する外周面を有している。軸部７２２の外方端部には径外方向に拡がるフランジ部７２３が設けられている。

フランジ部７２３の図示下面である内方面と、底部７１３の図示上面である外方面との間に、スプリング７３が縮設されている。スプリング７３は、本例では金属製のコイルスプリングであって、弁体７２を外方へ向かって常時付勢している。

前述した給排気口７４は、内周面のうち図示下方の内方側の一部が外方へ向かうほど縮径している。この給排気口７４の内周面の縮径部分は、弁体７２が外方へ最大変位しているときには、弁部７２１が当接する弁座となる。

中空体２１の中に加圧用流体が充填されて、中空体２１の内部の圧力が外部の圧力よりも高い場合には、図９に示すように、弁体７２に内部圧力が印加される。図９に示す状態では、内圧印加に伴う弁体７２への付勢力と、スプリング７３による弁体７２への付勢力により、弁部７２１が弁座に着座して給排気口７４を閉塞する。このとき、弁装置７０は、加圧用流体の供給口を介して中空空間２１１の加圧用流体が外部へ流出することを防止する逆止弁装置として機能している。

中空体２１の内部の圧力が外部の圧力よりも高くなっているときに、図１０に示すように、弁体７２に白抜き矢印の方向に荷重を印加することにより、内圧を抜くことができる。弁体７２に白抜き矢印の方向に荷重を印加し、この印加荷重が内部圧力およびスプリング７３による付勢力に打ち勝ったときには、図１０に示すように弁体７２が内方にリフトして弁座から離座する。弁体７２が弁座から離座して給排気口７４が開口すると、給排気口７４を介して中空空間２１１の加圧用流体が破線矢印で示すように外部に排出される。このように、弁装置７０は、中空空間２１１の加圧用流体を外部へ排出するための排出口を開閉する排出弁装置でもある。

中空空間２１１の圧力が外圧と同等であるときに、例えば螺合円筒部７１５に加圧用流体の供給手段を装着して、螺合円筒部７１５の内方空間を高圧状態とした場合には、図１１に示すように、中空空間２１１へ加圧用流体を供給することができる。弁体７２の外方が中空空間２１１よりも高圧となり、実線矢印で示す圧力印加に伴う内方へ向かう弁体７２への付勢力がスプリング７３による付勢力に打ち勝った場合には、図１１に示すように弁体７２が内方にリフトして弁座から離座する。弁体７２が弁座から離座して給排気口７４が開口すると、給排気口７４を介して中空空間２１１へ加圧用流体が破線矢印で示すように供給される。なお、外部からの圧力印加による弁体７２への付勢力は、具体的には、給排気口７４の弁座よりも内方の通路断面積と内外圧力差との積である。

上述した構成の風力発電装置１では、ブレード２０が風を受けて回転軸を中心に周回移動すると、固定梁３０およびワイヤ４０でブレード２０と連結された発電機５のロータ５０が回転する。ロータ５０の回転運動に伴い、磁石５３がステータコイル６３に対して移動することで、電磁誘導により発電が行なわれる。

上述した構成の風力発電装置１は、搬送時等には、比較的コンパクトにすることができる。風力発電装置１の設置を解除して搬送する際には、まず、中空体２１の中空空間２１１から加圧用流体を排出する。図１０を用いて説明したように、弁装置７０の弁体７２を外方から押し込み、給排気口７４を開口する。これにより、開口した給排気口７４を介して中空空間２１１の加圧用流体が外部へ流出し、内圧が低下して中空体２１をなす膜材２９および連結糸２６がいずれも非緊張状態となる。

次に、内圧低下により中空体２１が萎み柔軟な状態となったブレード２０を折り畳む。例えば、各ブレード２０の上下の両端部を発電機５に近づけるように折り畳む。すなわち、ブレード２０の上部および下部をそれぞれワイヤ４０が緩む方向に折り畳み、ブレード２０が固定梁３０に沿うように配置する。これにより、風車部２および発電機５からなる構成を、扁平な略円盤状の形態に集合させることができる。発電機５の固定軸６１を支柱９に対して着脱可能としておけば、搬送時の荷姿を、風車部２および発電機５からなる、外形が略円盤状の円盤状体と、支柱９からなる、外形が略円柱状の円柱状体とすることができる。なお、ブレード２０の折り畳み形態は、上記した形態に限定されるものではない。

上述した説明では、固定梁３０を樹脂製の剛体物としていたが、これに限定されるものではない。例えば、固定梁３０もブレード２０と同様に、膜材２９からなる中空体を有するように形成しても構わない。固定梁３０の中空体の内部からも加圧用流体を排出させれば、風車部２が全体に柔軟な状態とすることができ、風車部２を発電機５および支柱９の周囲に取りまとめた、外形が略円柱状の荷姿とすることができる。ブレード２０の中空体と、固定梁３０の中空体とは、中空空間同士を連通状態としたものであってもよいし、中空空間同士を別々に隔離したものであってもよい。

風力発電装置１を設置するときには、搬送時等の設置を解除する手順と逆の手順で行う。支柱９の上部に発電機５および風車部２からなる構成を取り付けたら、中空体２１の内部に加圧用流体を供給する。図１１を用いて説明したように、弁装置７０の螺合円筒部７１５に加圧用流体の供給手段を装着して、螺合円筒部７１５の内方空間に高圧の加圧用流体を供給する。これにより、弁体７２をリフトさせて給排気口７４を開口させ、給排気口７４を介して中空体２１の内部へ加圧用流体を充填する。中空体２１の内圧が例えば２００〜３００ｋＰａとなるように中空空間２１１に加圧用流体を充填し、ブレード２０を所定の翼形状とする。

中空空間２１１に加圧用流体が充填されて、内圧が外圧よりも例えば２００〜３００ｋＰａ高くなった中空体２１では、図９を用いて説明したように、弁装置７０が逆止弁装置として機能し、所定の翼形状が維持される。

なお、加圧用流体は、例えば、気体、液体、および、液体に微粉状の固体が分散したスラリー等の少なくともいずれかとすることができる。加圧用流体としては、重量等の観点から、気体が好ましく、供給性等から、特に空気が好ましい。加圧用流体が気体である場合には、膜材２９の通過抑止部材である樹脂層２０２は、通気抑止部材と呼ぶことができる。

加圧用流体が空気であれば、加圧用流体の供給手段として、例えば車両のタイヤ等に空気を充填するための充填手段を用いることができる。この充填手段に対応するため、充填手段の装着部となる弁装置７０の螺合円筒部７１５は、米式バルブ、英式バルブ、仏式バルブのいずれかの外周部と同一形状にすることが好ましい。また、弁装置に、上記した汎用のバルブのいずれかを用いても構わない。

風力発電装置１の設置場所が災害の被災地等である場合には、流通量が比較的多い英式バルブ用の空気入れが準備し易いことから、弁装置７０を英式バルブもしくはその外形を有するものとすることが好ましい。また、弁装置７０を、例えば、比較的気密性が高い米式バルブ、仏式バルブ、もしくは、そのいずれかの外形を有するものとして、英式バルブ用空気入れに適合させるキャップ状アダプタを取り付けてもかまわない。

また、弁装置７０の円筒部７１１が変形可能に形成され、弁装置７０の円筒部７１１よりも内方部分が膜材２９の外表面よりも外方に突出可能としたものであってもよい。これによれば、中空体２１内への空気等の流体の充填作業や、中空体２１内からの流体の排出作業を、更に容易に行なうことができる。

上述の構成の風力発電装置１によれば、ブレード２０は、可撓性のある膜材２９からなる中空体２１と、中空体２１の内部の中空空間２１１へ加圧用流体を供給するための給排気口７４とを有している。そして、給排気口７４から供給された加圧用流体によって中空空間２１１の圧力が中空体２１の外部の圧力よりも高くなったときに、中空体２１が翼形状となって、膜材２９がブレード２０の外表面を提供する。

これによると、ブレード２０の外形を、単純な一枚の膜ではなく、膜材２９からなり内部を加圧用流体で加圧した中空体２１で構成することができる。したがって、内部を加圧された中空体２１により翼形状を安定して維持することが可能である。このようにして、膜材２９からなるブレード２０で風を受けた際に、回転力を効率よく得ることができる。

図１６に示す比較例のように、ブレード９０を一枚の膜材により構成した場合には、ブレード９０の後部で渦状の風が発生し、ブレード９０の後縁部９０ｂが両側矢印で示すように振動するフラッター現象が発生する。このフラッター現象によりブレード９０は翼形状を安定して維持できず、ブレード９０で風を受けて回転力を得る効率が低下し易い。これに対し、本実施形態によれば、膜材２９で中空体２１を形成して、中空空間２１１を加圧することで翼形状を維持しているので、比較例に比してフラッター現象が極めて発生し難い。

このように、比較例のような一枚の膜材からなる一重膜構造ではなく、本実施形態のような腹側膜材２２および背側膜材２３を有する二重膜構造のブレード２０を用いることで、風の渦が発生したとしても翼形状を維持することができる。

また、膜材２９は、重量を数百ｇ／ｍ^２程度にすることができるため、ブレードを金属や繊維強化プラスチックで形成した場合よりも軽量化することができる。これにより、搬送時や組み立て時の作業性を向上することができる。また、ブレード２０が軽量であるため、超強風時等にブレード２０が想定外の大きな変形や移動をしたとしても、周囲に与えるインパクトを抑制することができる。

また、膜材２９は気密シート部材である。これによると、中空体２１の内部の中空空間２１１の加圧用流体が膜材２９を通過して外部へ漏れることがない。したがって、加圧用流体で内部を加圧された中空体２１により、ブレード２０の翼形状を確実に維持することが容易である。

また、気密シート部材である膜材２９は、基布材２０１と、基布材２０１の目を介して加圧用流体が通過することを抑止する通過抑止部材である樹脂層２０２と、を有している。これによると、基布材２０１と樹脂層２０２とを有する気密シート部材によって、可撓性を有するとともに気密性を有する膜材２９を容易に提供することができる。

また、ブレード２０は、中空体２１の中空空間２１１を挟んで対向する膜材２９同士を連結する連結糸２６を備えている。これによると、加圧用流体で中空空間２１１を加圧した中空体２１の外形を、連結糸２６によって所望の形状に維持し易い。

また、連結糸２６は、ブレード２０の腹側に位置付けられた膜材２９である腹側膜材２２と、ブレード２０の背側に位置付けられた膜材２９である背側膜材２３とを連結している。

ブレード２０の腹側膜材２２と背側膜材２３とを有する中空体２１では、中空空間２１１の圧力が比較的高くなったときには、中空体２１の断面形状が円形に近づこうとする。中空体２１の腹側膜材２２と背側膜材２３とを連結糸２６で連結することにより、中空体２１の断面形状が円形に近づくことを抑制して、所望の断面形状を得ることが可能である。このように、腹側膜材２２と背側膜材２３とを連結する連結糸２６を設けることにより、中空空間２１１の圧力が比較的高くなったとしても、中空体２１の外形を所望の翼形状に維持することが容易である。

中空体２１の内部へ充填する加圧用流体の圧力がばらついたり、加圧用流体の充填後に圧力変動があったりしたとしても、ブレード２０の翼形状を安定させることができる。中空体２１の腹側膜材２２と背側膜材２３とを連結糸２６で連結しているので、ブレード２０が理想的な翼形状をなすために必要な適正圧力の上限値を比較的高くすることができる。すなわち、ブレード２０が理想的な翼形状をなすための適正圧力範囲を比較的広くすることができる。また、中空空間２１１への印加圧力が若干過大となっても、翼形状が大きく変化し難く、翼機能を保ち易い。

本実施形態の連結部材である連結糸２６は、非伸張性の線状部材である。これによると、加圧用流体で中空空間２１１を加圧した中空体２１の外形を、非伸張性の線状部材によって、所望の理想的な翼形状として確実に維持することができる。

また、ブレード２０は、加圧用流体の供給口である給排気口７４を介して中空空間２１１の加圧用流体が外部へ流出することを防止する逆止弁装置として機能する弁装置７０を備えている。これによると、中空体２１の内部の中空空間２１１の加圧用流体が給排気口７４を介して外部へ漏れることを防止できる。したがって、ブレード２０の翼形状を確実に維持することが容易である。

また、ブレード２０は、中空空間２１１の加圧用流体を外部へ排出させるための排出口である給排気口７４と、この排出口を開閉する排出弁装置として機能する弁装置７０とを備えている。これによると、ブレード２０の翼形状を維持する際には、弁装置７０を閉状態として、中空体２１の内部の中空空間２１１の加圧用流体が給排気口７４を介して外部へ漏れることを防止できる。また、ブレード２０の翼形状の維持が不要な搬送時等には、弁装置７０を開状態として中空体２１の内部の加圧用流体を給排気口７４から外部へ排出させて、中空体２１を柔軟な状態にすることができる。

このように、風車部２を風車装置として用いるときには中空体２１の内部を加圧してブレード２０に翼形状を発現させ、風車部２を風車装置として用いないときには中空体２１の内部を減圧してブレード２０を柔軟な状態にすることができる。したがって、風車部２の軽量化、低コスト化を実現することが容易である。また、風車部２を備える風力発電装置１の搬送性、設置作業の容易性、非設置時の収納性等を向上することができる。

また、ブレード２０は、垂直方向に沿って延びる回転軸を中心に周回移動する。これによると、回転軸が垂直方向に延びる所謂垂直型の風車装置において、中空体２１によりブレード２０の翼形状を安定して維持することが可能である。したがって、風向きにより風車部の向きを変更する機構が不要な比較的簡素な風車装置において、中空体２１の内部を加圧するだけで翼形状を安定して維持することができる。

また、本実施形態の風車装置は、ジャイロミル型である。ジャイロミル型の風車装置には、長手方向に均一な形状を有するブレードを用いることができる。ジャイロミル型の風車装置には、長手方向に同一断面形状が連続するブレードを用いることができる。したがって、ジャイロミル型の風車装置のブレードの外形を、膜材２９からなり内部を加圧用流体で加圧した中空体２１で比較的容易に構成することができる。

また、本実施形態の風車装置は、ブレード２０の周回移動により駆動される発電機５を備えている。これによると、風力発電用の風車装置において、ブレード２０の外形を、単純な一枚の膜ではなく、膜材２９からなり内部を加圧用流体で加圧した中空体２１で構成することができる。したがって、中空体２１により翼形状を安定して維持することが可能である。これにより、膜材２９からなるブレード２０で風を受けた際に、発電機５で効率よく発電することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図１２に基づいて説明する。

第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、膜材の構成が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１の実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第２の実施形態において説明しない他の構成は、第１の実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。

図１２に示すように、本実施形態の膜材２２９は、第１の実施形態の膜材２９と同様に、例えば基布材２０１と樹脂層２０２とにより構成されている。本実施形態の膜材２２９では、樹脂層２０２は、基布材２０１の片面のみに設けられている。

膜材２２９では、樹脂層２０２が基布材２０１の内方面を覆うように形成されている。樹脂層２０２は、例えば基布材２０１の空隙を埋めて、基布材２０１の目を介して加圧用流体が通過することを抑止する通過抑止部材である。本例の樹脂層２０２は、基布材２０１の目に入り込んでいるが、これに限定されるものではない。樹脂層２０２は、基布材２０１の目を介して気体が通過することを抑止するものであれば、基布材２０１の内表面に付着しているものであってもよい。基布材２０１および樹脂層２０２からなる膜材２２９は、本実施形態における気密シート部材である。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、膜材２２９を比較的薄くすることができる。これにより、膜材２２９の可撓性を向上できるとともに、膜材２２９の単位面積当たりの重量を低減して、ブレード２０を更に軽量化することが可能である。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図１３および図１４に基づいて説明する。

第３の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、連結部材の構成が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１の実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第２の実施形態において説明しない他の構成は、第１の実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。

図１３に示すように、本実施形態のブレード３２０は、中空体２１の内部に連結部材であるリブ３２６を有している。リブ３２６は、中空体２１の中空空間２１１を挟んで対向する腹側膜材２２と背側膜材２３とを連結するように設けられている。リブ３２６は、中空体２１の内部においてブレードの先端部２０ａから後端部２０ｂに渡って設けられている。リブ３２６は、剛体であってもよいし、例えば膜材２９と同様の膜材で形成された可撓体であってもよい。

図１４に示すように、翼先後端方向に延びるリブ３２６は、図１３図示紙面表裏方向である翼長方向に所定ピッチで複数配設されている。そして、各リブ３２６には、ベントホール３２６ａが形成されている。リブ３２６は、中空体２１の中空空間２１１を、ブレード３２０の長手方向において複数の空間に区画する区画壁部材である。そして、ベントホール３２６ａは、区画壁部材が区画した複数の空間同士を連通する連通路である。なお、リブ３２６は、第１の実施形態と連結糸２６と同程度の非伸張性を有することが好ましい。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。連結部材であるリブ３２６は、中空体２１の中空空間２１１をブレード３２０の長手方向において複数の空間に区画する区画壁部材であり、この区画壁部材は、区画した複数の空間同士を連通するベントホール３２６ａを有している。これにより、加圧用流体で中空空間２１１を加圧した際にリブ３２６で区画した複数の空間同士を同じ圧力にすることができ、中空体２１の外形をリブ３２６によって所望の翼形状に維持することが容易である。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

上記各実施形態では、風力発電装置１は、加圧用流体を中空空間２１１に供給するための供給手段を備えていなかったが、これに限定されるものではない。例えば、加圧用流体の一例である空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で加圧された高圧空気を蓄える蓄圧タンクとを備え、蓄圧タンク内から高圧空気を加圧用流体として中空体２１の内部へ供給するものであってもよい。

また、例えば、流体を加圧して中空体２１の内部へ送り込むポンプ手段を備えるものであってもよい。このポンプ手段は、例えば風車部２の回転力により駆動するものであってもよい。これによれば、ブレード２０が風を受けて風車部２が回転しているときには、常に加圧用流体の供給を継続することができる。ポンプ手段は、例えば、中空体２１の中空空間２１１の圧力を適正な圧力に維持できる程度の加圧用流体の供給を継続できるものであればよい。

また、ポンプ手段により加圧用流体の供給を継続する場合には、例えば、中空体２１は、中空空間２１１の加圧用流体が膜材２９を通過して外部へ漏れるものであってもよい。加圧用流体が気体である場合には、中空体２１を通気性のある膜材で形成してもかまわない。また、例えば、中空体２１を膜材２９で形成し、ブレード２０の供給口形成端部とは反対側の端部に絞り通路である通気路を設けて、気体を外部に漏らすようにしてもかまわない。

また、上記各実施形態では、供給口および排出口として給排気口７４を設けていたが、これに限定されるものではない。例えば、供給口と排出口とを別に設けてもかまわない。また、供給口を備え、排出口を備えないものであってもよい。また、上記各実施形態では、供給口および排出口として給排気口７４を、ブレードの下端面に設けていたが、これに限定されるものではない。ブレードの下端以外の部位に設けてもかまわない。例えば、固定梁３０の内部に加圧用流体の流通経路を形成し、ブレードの長手方向である上下方向の中間部に給排気口を設けてもかまわない。

また、上記各実施形態では、膜材２９は、基布材と樹脂層とからなる気密シート部材としていたが、これに限定されるものではない。例えば、ゴム材のみからなる気密シート部材で中空体を形成してもかまわない。

また、上記各実施形態では、連結部材が中空体２１の腹側膜材２２と背側膜材２３とを連結していたが、これに限定されるものではない。例えば、中空体がブレードの腹側や背側と定義し難い形状をなしている場合には、連結部材は、中空体の中空空間を挟んで対向する膜材同士を連結するものであればよい。

また、上記各実施形態では、ブレードが連結部材を備えていたが、中空体が所望の翼形状を維持できるものであれば、連結部材を備えないものであってもよい。

また、上記各実施形態では、風車部２は、ジャイロミル型の風車装置をなしていたが、これに限定されるものではない。風車部をジャイロミル型以外の垂直型の風車装置としてもかまわない。例えば、ダリウス型、直線翼型、サポニウス型、パドル型、クロスフロー型、Ｓ型ロータ型等を採用することも可能である。

また、垂直型の風車装置に限らず、回転軸が水平方向に延びる水平型の風車装置を採用してもかまわない。例えば、図１５に示すように、プロペラ型の風車装置を採用することも可能である。なお、プロペラ型の風車部を用いる場合には、中空体２１を有するブレード４２０等からなる風車部４２が支柱９や発電機５よりも風下側に位置付けられる、所謂ダウンウィンド型とすることが好ましい。風車部４２のブレード４２０においても、例えば、中空体２１の腹側膜材と背側膜材とを連結部材で連結することができる。

また、上記各実施形態では、風車部２を、ブレード２０が風を受けた際に発生する揚力を利用する揚力型の風車装置としていたが、これに限定されるものではない。風車部を、ブレードが風を受けた際に揚力を発生しない抗力型の風車装置としてもかまわない。

また、上記各実施形態では、風車装置を、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機５を備える風力発電装置１としていたが、これに限定されるものではなく、発電装置を備えないものであってもよい。例えば、風車部の回転力を伝達して水を汲み上げるポンプ機構を備える風車装置であっても、本発明を適用して有効である。

１ 風量発電装置（風車装置）
２、４２ 風車部
５ 発電機（発電装置）
２０、３２０、４２０ ブレード（翼）
２１ 中空体
２２ 腹側膜材
２３ 背側膜材
２６ 連結糸（連結部材、線状部材）
２９、２２９ 膜材
７０ 弁装置（逆止弁装置、排出弁装置）
７４ 給排気口（供給口、排出口）
２０１ 基布材
２０２ 樹脂層（通過抑止部材）
２１１ 中空空間
３２６ リブ（連結部材、区画壁部材）
３２６ａ ベントホール（連通路）

Claims (12)

1. 風を受けて周回移動する翼（２０、３２０、４２０）を備える風車装置であって、
   前記翼は、
   可撓性のある膜材（２９、２２９）からなる中空体（２１）と、
   前記中空体の内部の中空空間（２１１）へ加圧用流体を供給するための供給口（７４）と、を有しており、
   前記供給口から供給された前記加圧用流体によって前記中空空間の圧力が前記中空体の外部の圧力よりも高くなったときに、前記中空体が前記翼の形状となって、前記膜材が前記翼の外表面を形成することを特徴とする風車装置。
2. 前記膜材は気密シート部材からなることを特徴とする請求項１に記載の風車装置。
3. 前記気密シート部材は、基布材（２０１）と、前記基布材の目を介して前記加圧用流体が通過することを抑止する通過抑止部材（２０２）と、を有することを特徴とする請求項２に記載の風車装置。
4. 前記翼は、前記中空体の前記中空空間を挟んで対向する前記膜材同士を連結する連結部材（２６、３２６）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の風車装置。
5. 前記連結部材は、前記翼の腹側に位置付けられた前記膜材である腹側膜材（２２）と、前記翼の背側に位置付けられた前記膜材である背側膜材（２３）とを連結することを特徴とする請求項４に記載の風車装置。
6. 前記連結部材は、非伸張性の線状部材（２６）であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の風車装置。
7. 前記連結部材は、前記中空体の前記中空空間を前記翼の長手方向において複数の空間に区画する区画壁部材（３２６）であり、
   前記区画壁部材は、区画した前記複数の空間同士を連通する連通路（３２６ａ）を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の風車装置。
8. 前記翼は、前記供給口を介して前記中空空間の前記加圧用流体が外部へ流出することを防止する逆止弁装置（７０）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の風車装置。
9. 前記翼は、前記中空空間の前記加圧用流体を外部へ排出させるための排出口（７４）と、前記排出口を開閉する排出弁装置（７０）と、を備えることを特徴とする請求項８に記載の風車装置。
10. 前記翼は、垂直方向に沿って延びる回転軸を中心に周回移動することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の風車装置。
11. ジャイロミル型であることを特徴とする請求項１０に記載の風車装置。
12. 前記翼の周回移動により駆動される発電装置（５）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１つに記載の風車装置。

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